KR20150044912A - Design of bipolar plates for use in electrochemical cells - Google Patents

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Abstract

본원은 고압 또는 고차압 작동에서 사용하기 위한 전기화학 전지의 디자인에 관한 것이다. 본원의 전기화학 전지는 비원형 외부 압력 경계를 가진다. 즉, 전지들은 비원형 프로파일을 가진다. 이러한 전지들에서, 작동 중에 내부 유체 압력은 양극판들에서 전개되는 축방향 인장력에 의해서 균형을 이루고, 이는 전지들의 외부 압력 경계들이 굽혀지거나 또는 변형되는 것을 방지한다. 즉, 양극판들은 전지들의 작동 중에 인장 부재들로서 작용하도록 구성된다. 효과적인 인장 부재로서 작용하기 위하여, 특정 양극판의 두께는 양극판의 제조를 위해 선택된 재료의 항복 강도, 양극판에 인접한 유동 구조물 내의 내부 유체 압력 및 인접 유동 구조물의 두께에 기초하여 결정된다. This application is related to the design of an electrochemical cell for use in high pressure or high differential pressure operation. The electrochemical cell of the present application has a non-circular external pressure boundary. That is, the cells have a non-circular profile. In such batteries, the internal fluid pressure during operation is balanced by the axial tensile force developed in the bipolar plates, which prevents the external pressure boundaries of the cells from bending or deforming. That is, the bipolar plates are configured to act as tension members during operation of the cells. In order to act as an effective tensile member, the thickness of a particular cathode plate is determined based on the yield strength of the material selected for the manufacture of the cathode plate, the internal fluid pressure in the flow structure adjacent to the cathode plate, and the thickness of the adjacent flow structure.

Figure P1020157006275
Figure P1020157006275

Description

전기화학 전지에 사용하기 위한 양극판의 디자인{DESIGN OF BIPOLAR PLATES FOR USE IN ELECTROCHEMICAL CELLS}[0001] DESIGN OF BIPOLAR PLATES FOR USE IN ELECTROCHEMICAL CELLS [0002]

본원은 2013년 4월 30일자 출원된 미국 가출원 제 61/817,664 호와, 2012년 8월 17일자 출원된 미국 가출원 제 61/684,278 호의 우선권을 주장하며, 이들은 참고로 본원에서 전체적으로 합체되어 있다. This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 61 / 817,664, filed April 30, 2013, and U.S. Provisional Application No. 61 / 684,278, filed August 17, 2012, which are incorporated herein by reference in their entirety.

본원은 전기화학 전지(electrochemical cell)에 관한 것으로서, 특히 고압 또는 고차압의 전기화학 전지에서 사용하기 위한 양극판의 디자인에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrochemical cell, and more particularly to the design of a bipolar plate for use in high pressure or high differential pressure electrochemical cells.

대체로 연료 전지 또는 전해 전지로 분류되는 전기화학 전지는 화학 반응으로부터 전류를 발생시키거나 또는 전류를 사용하여 화학 반응을 유도하기 위해 사용된 디바이스이다. 연료 전지는 연료(예로서, 수소, 천연 가스, 메탄올, 가솔린 등)와 산화제(공기 또는 산소)를 전기와 열 및 물의 폐기 생성물로 변환시킨다. 기본 연료 전지는 음전하 아노드와, 양전하 캐소드 및 소위 전해질로 칭하는 이온 전도성 재료를 포함한다. An electrochemical cell, which is generally classified as a fuel cell or an electrolytic cell, is a device used to generate a current from a chemical reaction or to induce a chemical reaction using an electric current. Fuel cells convert fuel (e.g., hydrogen, natural gas, methanol, gasoline, etc.) and oxidant (air or oxygen) into electricity, heat and water waste products. The basic fuel cell includes a negative charge node and an ion conductive material called a positive charge cathode and a so-called electrolyte.

다른 연료 전지 기술들은 다른 전해질 재료를 사용한다. 양자 교환막(PEM) 연료 전지는 예를 들어 전해질로서 중합체 이온 전도성 막을 사용한다. 수소 양자 교환막(PEM) 연료 전지에서, 수소 원자들은 아노드에서 전자 및 양자(수소 이온들)로 전기화학적으로 분리된다. 전자들은 회로를 통해서 캐소드로 유동하고, 양자들이 전해질 막을 통해서 캐소드로 확산되는 동안 전기를 발생시킨다. 캐소드에서, 수소 양자들은 (캐소드로 공급된) 전자 및 수소와 조합되어서 물과 열을 생산한다.Other fuel cell technologies use different electrolyte materials. A proton exchange membrane (PEM) fuel cell uses, for example, a polymer ion conductive membrane as an electrolyte. In a hydrogen proton exchange membrane (PEM) fuel cell, hydrogen atoms are electrochemically separated from the anode to electrons and protons (hydrogen ions). The electrons flow through the circuit to the cathode and generate electricity while they are diffused into the cathode through the electrolyte membrane. At the cathode, hydrogen proton is combined with electrons (supplied to the cathode) and hydrogen to produce water and heat.

전해 전지는 반대로 작동되는 연료 전지를 나타낸다. 기본 전해 전지는 외부 전기 전위가 인가될 때 물을 수소와 산소 가스로 분해함으로써 수소 발생기로서 작용한다. 수소 연료 전지 또는 전해 전지의 기본 기술은 전기화학 수소 압축, 정화 또는 팽창과 같은 전기화학 수소 조작에 적용될 수 있다. 전기화학 수소 조작은 기존에 수소 관리에 사용된 기계 시스템에 대한 실행가능한 대안으로서 출현되었다. 수소의 에너지 운반체로서의 성공적인 상업화와 "수소 경제성"의 장기간 지속성은 대체로 연료 전지, 전해 전지 및 기타 수소 조작/관리 시스템의 효율성 및 비용 효과성에 좌우된다.An electrolytic cell represents a fuel cell operated in reverse. The basic electrolytic cell functions as a hydrogen generator by decomposing water into hydrogen and oxygen gas when an external electric potential is applied. The basic technology of a hydrogen fuel cell or an electrolytic cell can be applied to electrochemical hydrogen operation such as electrochemical hydrogen compression, purification or expansion. Electrochemical hydrogen manipulation has emerged as a viable alternative to the mechanical systems previously used for hydrogen management. Successful commercialization of hydrogen as an energy carrier and long-term sustainability of "hydrogen economy" largely depends on the efficiency and cost effectiveness of fuel cells, electrolytic cells and other hydrogen handling / management systems.

작동 시에, 단일 연료 전지는 일반적으로 약 1 볼트를 발생시킬 수 있다. 원하는 양의 전력을 얻기 위하여, 개별 연료 전지들은 조합되어서 연료 전지 스택을 형성한다. 연료 전지들은 함께 연속적으로 적층되고, 각 전지는 캐소드, 전해질 막 및 아노드를 포함한다. 각각의 캐소드/막/아노드 조립체는 통상적으로 양 측부에서 양극판에 의해서 지지되는 "막 전극 조립체(membrane electrode assembly)", 즉 "MEA"를 구성한다. 가스들(수소 및 공기)은 유로(flow field)로서 공지되어 있는 판들 상에 형성된 채널 또는 홈들을 통해서 MEA의 전극으로 공급된다. 기계적 지지부를 제공하는 것 이외에, 양극판들[또한 유로판(flow field plate) 또는 분리 판(separator plate)으로 공지됨]은 스택에 있는 개별 전지들을 전기적으로 연결하면서 물리적으로 분리시킨다. 양극판들은 또한 집전기(current collector)로서 작용하고 각각의 전극면들에 대한 연료 및 산화제용 채널 접근성을 제공하고, 전지의 작동 중에 형성된 물의 제거를 위한 채널들을 제공한다. 통상적으로, 양극판들은 예로서 스테인레스강, 티타늄과 같은 금속과, 예로서 그래파이트와 같은 비금속 전기 도체로 제조된다. In operation, a single fuel cell can typically generate about one volt. To obtain the desired amount of power, individual fuel cells are combined to form a fuel cell stack. The fuel cells are stacked together successively, and each battery includes a cathode, an electrolyte membrane, and an anode. Each cathode / membrane / anode assembly typically comprises a " membrane electrode assembly ", or "MEA ", supported on both sides by a bipolar plate. The gases (hydrogen and air) are supplied to the electrodes of the MEA through channels or grooves formed on plates known as flow fields. In addition to providing a mechanical support, bipolar plates (also known as flow field plates or separator plates) physically separate the individual cells in the stack while electrically connecting them. The bipolar plates also act as a current collector and provide channels for fuel and oxidant for each electrode face and provide channels for the removal of water formed during operation of the cell. Typically, the bipolar plates are made of, for example, stainless steel, a metal such as titanium and a non-metallic electrical conductor such as graphite, for example.

추가로, 통상적인 연료 전지 스택은 연료 및 산화제를 아노드와 캐소드 유로들로 지향시키기 위한 입구 포트와 매니폴드를 포함한다. 스택은 또한 개별 전지들의 작동 중에 발생된 열을 흡수하기 위하여 스택 내의 내부 채널로 냉각 유체를 지향시키기 위한 입구 포트와 매니폴드를 포함한다. 연료 전지 스택은 또한 미반응 가스와 냉각수를 방출하기 위한 출구 포트와 배기 매니폴드를 포함한다.Additionally, conventional fuel cell stacks include inlet ports and manifolds for directing fuel and oxidant to the anode and cathode flowpaths. The stack also includes an inlet port and a manifold for directing the cooling fluid to an internal channel in the stack to absorb heat generated during operation of the individual cells. The fuel cell stack also includes an outlet port and an exhaust manifold for discharging unreacted gases and cooling water.

도 1은 종래 기술의 PEM 연료 전지(10)의 여러 구성요소들을 도시하는 개략적인 분해도이다. 도시된 바와 같이, 양극판(2)은 아노드(7A), 캐소드(7C)와 전해막(8)을 포함하는 "막 전극 조립체"(MEA) 옆에 있다. 아노드(7A)에 공급되는 수소 원자들과 전자 및 양자(수소 이온)로 전기화학적으로 분리된다. 전자들은 전기 회로를 통해서 캐소드(7C)로 흐르고 프로세스에서 전기를 생산하고, 양자들은 전해막(8)을 통해서 캐소드(7C)로 이동한다. 캐소드에서, 양자들은 물과 열을 생산하기 위하여 (캐소드로 공급된) 전자들 및 산소와 조합된다.1 is a schematic exploded view illustrating various components of a prior art PEM fuel cell 10. As shown, the bipolar plate 2 is next to a "membrane electrode assembly" (MEA) that includes an anode 7A, a cathode 7C, and an electrolyte membrane 8. And is electrochemically separated into hydrogen atoms and electrons and protons (hydrogen ions) supplied to the anode 7A. The electrons flow through the electric circuit to the cathode 7C and produce electricity in the process, and they move to the cathode 7C through the electrolytic film 8. At the cathode, the protons are combined with electrons (supplied to the cathode) and oxygen to produce water and heat.

추가로, 종래 기술의 PEM 연료 전지(10)는 MEA의 각 측부 상의 전지 내에서 전기 전도성 가스 확산층(GDL)(5)을 포함한다. GDL(5)은 전지 내에서 가스와 액체의 운송을 가능하게 하는 확산 매체로서 작용하고, 전지로부터 열과 프로세스 물의 제거 시에 양극판(2)과 전해막(8) 사이에 전기 전도성을 제공하고, 어떤 경우에, 전해막(8)에 기계적 지지부를 제공한다. GDL(5)은 전해막과 대면하는 측부 상에 위치하는 전극들(7A 및 7C)을 갖는 직포 또는 부직포 탄소 직물을 포함한다. 임의의 경우에, 전극들(7A 및 7C)은 인접 GDL(5) 또는 전해막(8) 상으로 코팅된 전기촉매 재료를 포함한다. 임의의 고압 또는 고차압 연료 전지는 양극판(2)에 형성된 기존의 랜드 채널 유로(4)와 조합 시에 MEA에 구조적 지지부를 제공하기 위하여 기존의 GDL과의 조합으로 또는 기존의 GDL의 교체물로서 "프릿(frit)" 타입의 조밀하게 소결된 금속, 스크린 팩, 팽창 금속, 금속 포움 또는 3차원 다공성 금속 기판을 사용한다. 임의의 고압 또는 고차압 전지들에서, 금속 포움 또는 3차원 다공성 금속 기판은 마찬가지로 기존의 채널 유형의 유로(4)에 대한 교체물로서 사용될 수 있다. In addition, the prior art PEM fuel cell 10 includes an electrically conductive gas diffusion layer (GDL) 5 in the cell on each side of the MEA. The GDL 5 serves as a diffusion medium that enables the transport of gases and liquids within the cell and provides electrical conductivity between the anode plate 2 and the electrolyte membrane 8 upon removal of heat and process water from the cell, In this case, the electrolytic membrane 8 is provided with a mechanical support. The GDL 5 comprises a woven or nonwoven carbon fabric having electrodes 7A and 7C located on the side facing the electrolytic membrane. In any case, the electrodes 7A and 7C comprise an electrocatalyst material coated on the adjacent GDL 5 or the electrolytic film 8. Any high pressure or high differential pressure fuel cell can be used in combination with a conventional GDL to provide a structural support to the MEA in combination with the existing land channel flow path 4 formed in the bipolar plate 2, Screened packs, expanded metals, metal foams or three-dimensional porous metal substrates of the "frit" type. In any high pressure or high pressure differential cell, a metal foam or a three dimensional porous metal substrate can likewise be used as a replacement for the channel type flow path 4.

통상적인 연료 전지에서, 전해막의 각 측부 상의 반응 가스들은 3차원 다공성 금속 유로 또는 기존의 채널 유형의 유로를 통해서 흐르고 그 다음 다공성 GDL을 통해서 확산하여 전해막에 도달한다. 유로와 GDL은 인접하게 배치되어서 내부 유체 스트림에 의해서 결합되고, 유로와 GDL은 다르게 명시하지 않으면 하기에서 "유동 구조"로 총칭된다. 기존의 채널 유형의 유로를 3차원 다공성 금속 GDL과 조합하여 사용하는 것, 3차원 다공성 금속 유로를 기존의 GDL과 조합하여 사용하는 것 또는 3차원 다공성 금속 기판들을 유로 및 GDL로서 사용하는 것은 본 발명의 범주 내에 있다.
In a typical fuel cell, the reaction gases on each side of the electrolyte membrane flow through a three-dimensional porous metal flow path or a conventional channel-type flow path and then diffuse through the porous GDL to reach the electrolyte membrane. The flow path and the GDL are adjacently disposed and coupled by the inner fluid stream, and the flow path and the GDL are collectively referred to as "flow structure" The use of the channel type channel in combination with the 3D porous metal GDL, the use of the 3D porous metal channel in combination with the existing GDL, or the use of the three-dimensional porous metal substrates as the channel and GDL, .

다공성 금속 유동 구조를 사용하면 고압 또는 고차압 전기화학 전지 작동의 물리적 제한과 성능 페널티 중 일부를 극복하지만, 이러한 전기화학 전지는 일반적으로 전지 내에서 고압 유체를 수용하는 추가의 도전에 직면한다. 통상적으로, 고압 또는 고차압 전기화학 전지는 원통형을 가진다. 즉, 상기 전지들은 원형 압력 테두리를 가지며, 이는 전지들이 전지들 내에서 유체 압력을 균형을 맞추도록 원주방향으로 발생되는 후프 응력에 의존할 수 있게 한다. 그러나, 원형 전지 프로파일은 전지 스택과 매니폴드 기하학적 형태의 디자인을 복잡하고 결과적으로 전지의 제작을 위한 재료의 최적보다 적은 사용(less-than-optimum usage)을 유발한다. 따라서, 전지 디자인에서 가요성을 허용하고 전지 스택의 확장성을 허용해서, 매니폴드 기하학적 형태를 단순화하고, 제작을 위한 재료의 사용을 극대화하기 위하여 전기화학 전지의 디자인을 개선하려는 도전이 지속되고 있다.
Although the use of porous metal flow structures overcomes some of the physical limitations and performance penalties of high- or high-pressure electrochemical cell operation, such electrochemical cells are generally confronted with the additional challenge of accommodating high-pressure fluid in the cell. Typically, a high-pressure or high-pressure electrochemical cell has a cylindrical shape. That is, the cells have a circular pressure rim, which allows the cells to rely on the hoop stress generated in the circumferential direction to balance the fluid pressure within the cells. However, the circular cell profile complicates the design of the cell stack and manifold geometry and, consequently, less-than-optimum usage of materials for the fabrication of the cell. Thus, there continues to be a challenge to improve the design of electrochemical cells in order to allow for flexibility in the cell design and allow expansion of the cell stack, simplify the manifold geometry, and maximize the use of materials for fabrication .

본원은 고압 또는 고차압 작동에서 사용하기 위한 전기화학 전지의 디자인에 관한 것이다. 특히, 본원은 연료 전지, 전해 전지, 수소 정화기, 수소 팽창기 및 수소 압축기를 포함하지만, 이들에 국한되지 않는, 고압 또는 고차압 작동에서 사용하기 위한 양극판의 디자인에 관한 것이다. This application is related to the design of an electrochemical cell for use in high pressure or high differential pressure operation. In particular, the present invention relates to the design of a bipolar plate for use in high pressure or high differential operation, including, but not limited to, fuel cells, electrolytic cells, hydrogen purifiers, hydrogen expanders and hydrogen compressors.

본원의 제 1 형태는 고압 또는 고차압 작동에서 사용하기 위한 전기화학 전지이다. 상기 전기화학 전지는 제 1 전극, 제 2 전극 및 그 사이에 배치된 전해막을 포함한다. 상기 전지는 적어도 하나의 양극판, 및 상기 적어도 하나의 양극판과 상기 제 1 전극 사이의 제 1 유동 구조물을 추가로 포함한다. 상기 전기화학 전지의 상기 적어도 하나의 양극판은 비원형 기본 기하학적 형태를 가지며 상기 적어도 하나의 양극판의 두께는 상기 양극판을 제조하는데 사용된 재료의 항복 강도, 상기 제 1 유동 구조물의 두께, 및 상기 전지의 작동 중에 상기 제 1 유동 구조물에서의 최대로 의도된 유체 압력에 기초하여 결정된다,The first aspect of the invention is an electrochemical cell for use in high pressure or high differential pressure operation. The electrochemical cell includes a first electrode, a second electrode, and an electrolytic film disposed therebetween. The battery further includes at least one positive electrode plate and a first flow structure between the at least one positive electrode plate and the first electrode. Wherein the at least one positive electrode plate of the electrochemical cell has a non-circular basic geometry and the thickness of the at least one positive electrode plate is selected such that the yield strength of the material used to make the positive electrode plate, the thickness of the first flow structure, Is determined based on the maximum intended fluid pressure in said first flow structure during operation,

본원의 다른 형태는 고압 또는 고차압 작동에서 사용하기 위한 전기화학 전지의 제조 방법이다. 상기 방법은 제 1 전극, 제 2 전극 및 그 사이의 전해막을 제공하는 단계, 제 1 양극판을 제조하기 위한 재료를 선택하는 단계, 상기 제 1 양극판을 제조하기 위해 선택된 상기 재료의 항복 강도를 계산하는 단계, 계산된 항복 강도, 상기 제 1 양극판에 인접하게 배치될 제 1 유동 구조물의 두께, 및 상기 전지의 작동 중에 상기 제 1 유동 구조물 내의 최대로 의도된 유체 압력에 기초하여 상기 제 1 양극판의 두께를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 결정된 두께를 사용하여 상기 제 1 양극판을 제조하는 단계로서, 상기 제 1 양극판은 비원형 기하학적 형태를 갖는, 상기 제조 단계, 상기 전해막의 한 측부 상에 상기 제 1 양극판을 제공하는 단계, 그리고 상기 제 1 양극판과 상기 제 1 전극 사이에 상기 제 1 유동 구조물을 제공하는 단계를 포함한다.Another aspect of the invention is a method of making an electrochemical cell for use in high pressure or high differential pressure operation. The method includes the steps of providing a first electrode, a second electrode and an electrolytic film therebetween, selecting a material for making the first positive electrode plate, calculating the yield strength of the material selected for manufacturing the first positive electrode plate The thickness of the first baffle plate, the thickness of the first baffle structure disposed adjacent to the first baffle plate, and the maximum intended fluid pressure in the first flow structure during operation of the cell, . The method also includes fabricating the first positive electrode plate using the determined thickness, the first positive electrode plate having a non-circular geometry, the manufacturing step, the step of providing the first positive electrode plate on one side of the electrolyte membrane And providing the first flow structure between the first positive electrode plate and the first electrode.

본 명세서의 일부에 통합되어 구성되는 첨부된 도면들은 상세한 설명과 함께 본 발명의 실시예들을 제시하고, 본 발명의 다양한 형태의 원리들을 설명하도록 작용한다.
The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of various aspects of the invention.

도 1은 종래 기술의 양자 교환막(PEM) 연료 전지의 여러 구성요소들을 도시하는 개략적인 분해도를 도시한다.
도 2는 본원의 예시적인 실시예에 따른 고차압 작동에서 사용하기 위한 전기화학 전지의 단면도를 도시한다.
도 3a와 도 3b는 본원의 예시적인 실시예에 따른 전기화학 전지에서 고압 및 저압 유동 구조물의 평면도를 도시한다.
도 4는 본원의 예시적인 실시예에 따른 도 2에 도시된 전기화학 전지의 일부의 확대도를 도시한다.
도 5는 본원의 예시적인 실시예에 따른 "두 부재" 양극판 디자인을 도시한다.
도 6은 부재들 중 하나가 본원의 예시적인 실시예에 따라 클래드 재료(clad material)를 포함하는 "두 부재" 양극판을 도시한다.
도 7은 본원의 예시적인 실시예에 따른 다른 "두 부재" 양극판 디자인을 도시한다.
도 8은 본원의 예시적인 실시예에 따른 또다른 "두 부재" 양극판 디자인을 도시한다.1 shows a schematic exploded view showing various components of a prior art proton exchange membrane (PEM) fuel cell.
2 illustrates a cross-sectional view of an electrochemical cell for use in a high differential operation according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
Figures 3a and 3b show plan views of high pressure and low pressure flow structures in an electrochemical cell according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
Figure 4 shows an enlarged view of a portion of the electrochemical cell shown in Figure 2 in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure.
Figure 5 illustrates a "two member" bipolar plate design in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure.
Figure 6 shows a "two member " positive electrode plate in which one of the members comprises a clad material according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
Figure 7 illustrates another "two member" bipolar plate design in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure.
Figure 8 illustrates another "two member" bipolar plate design in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure.

상술한 일반적 설명과 하기 상세 설명은 모두 단지 예시적 및 설명적인 것이며 청구범위에 기재된 본 발명을 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention described in the claims.

본원과 일치된 임의의 실시예를 참조하여 기술되며, 그 예들은 첨부된 도면에 도시되어 있다. 가능한 곳에서, 동일한 또는 유사 부분들을 참조할 때에는 도면에 걸쳐 동일 도면 부호가 사용된다. 본원은 고차압 전기화학 전지에 관하여 기술되지만, 본원의 디바이스와 방법은 고압 및 저압 전기화학 시스템을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는 전기화학 전지의 여러 유형들과 함께 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. Are described with reference to certain embodiments consistent with the present application, examples of which are shown in the accompanying drawings. Wherever possible, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same or like parts. While this disclosure is directed to high-pressure electrochemical cells, it should be understood that the devices and methods herein may be used with various types of electrochemical cells, including, but not limited to, high-pressure and low-pressure electrochemical systems.

본원은 고압 또는 고차압 상태에서 작동하는 전기화학 전지에서 사용하기 위한 양극판의 디자인에 관한 것이다. 예시적인 실시예에서, 고압 또는 고차압 작동에서 사용하기 위한 전기화학 전지는 비원형 외부 압력 경계를 갖는다. 즉, 전지들은 비원형 프로파일을 가진다. 예시적인 실시예에서, 전지들은 일반적인 직사각형 프로파일을 가진다. 이러한 실시예에서, 전지들은 진정한 직사각형 프로파일을 가진다. 다른 실시예에서, 전지는 사각형 프로파일을 가진다. 또다른 실시예에서, 전지는 도 3b에 도시된 바와 같이, "레이스-트랙(race-track)" 프로파일 즉, 반타원형 횡방향 측부를 갖는 실질적인 직사각형 형상을 가진다. 이러한 예시적 전기화학 전지들의 양극판들은 비원형 기본 기하학적 형태를 가진다. 예를 들어, 예시적인 전기화학 전지가 일반적인 직사각형 프로파일을 가지면, 그때 대응하는 하나 이상의 양극판들은 또한 일반적인 기본 기하학적 형태를 가진다. 추가 실시예에서, 양극판들은 전기 조립체에서 예리한 에지를 피하기 위하여 둥근 모서리를 갖는 일반적인 직사각형 프로파일을 가진다. The present invention relates to the design of a bipolar plate for use in an electrochemical cell operating in a high pressure or high differential pressure state. In an exemplary embodiment, an electrochemical cell for use in a high pressure or high differential pressure operation has a non-circular external pressure boundary. That is, the cells have a non-circular profile. In an exemplary embodiment, the cells have a general rectangular profile. In this embodiment, the cells have a true rectangular profile. In another embodiment, the cell has a rectangular profile. In yet another embodiment, the battery has a substantially rectangular shape with a "race-track" profile, i.e., semi-elliptical transverse side, as shown in FIG. The positive plates of these exemplary electrochemical cells have a non-circular basic geometry. For example, if an exemplary electrochemical cell has a general rectangular profile, then the corresponding one or more bipolar plates also have a general basic geometry. In a further embodiment, the bipolar plates have a general rectangular profile with rounded edges to avoid sharp edges in the electrical assembly.

도 2는 직사각형 기하학적 형태를 갖는 고차압 전기화학 전지(20)의 단면도를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전지(20)는 양 측부 상의 유동 구조물(22,28)에 의해서 측면이 접하는 막 전극 조립체(MEA)(40)를 포함한다. 유동 구조물(22,28)은 전기화학 전지(20)를 스택에 있는 이웃 전지들로부터 분리시키는 양극판(30,31)에 의해서 각각 둘러싸인다.2 shows a cross-sectional view of a high-pressure electrochemical cell 20 having a rectangular geometry. As shown in FIG. 2, the cell 20 includes a membrane electrode assembly (MEA) 40 that is laterally adjacent by flow structures 22 and 28 on both sides. The flow structures 22 and 28 are surrounded by positive plates 30 and 31, respectively, which separate the electrochemical cell 20 from neighboring cells in the stack.

전지가 고차압 작동을 위해서 사용될 때, 전기화학 전지에 있는 유동 구조물 중 하나는 전해 막의 다른 측부 상에 있는 유동 구조물보다 높은 압력에 작동 중에 노출된다. 이하에서, 작동 중에 높은 유체 압력에 노출되는 유동 구조물은 "고압 유동 구조물로" 기재되고 비교적 낮은 유체 압력에 노출되는 유동 구조물은 "저압 유동 구조물"로 기재된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 유동 구조물(22)은 고압 유동 구조물로서 지정되고 유동 구조물(28)은 저압 유동 구조물로 지정된다. 일부 실시예에서, 전지 스택에 있는 각 전기화학 전지는 하나는 전지의 고압측에 있고 다른 하나는 저압측에 있는 2개의 양극판들을 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 양극판(30)은 전지(20)의 고압측에 위치하고 양극판(31)은 저압측에 위치한다. 일부 실시예에서, 전지 스택에서 2개의 인접한 전기화학 전지들은 양극판을 공유한다. 즉, 스택이 n개의 전지들을 포함하면, 그때 스택에 있는 양극판들의 총 수는 (n + 1)이다. 이러한 실시예에서, 단일 양극판은 판의 양 측부 상에 있는 유로 형태부들을 가지며, 예를 들어, 한 측부는 한 전지의 저압 유동 구조물을 지지하고 다른 측부는 인접 전지의 고압 유동 구조물을 지지한다. When the cell is used for high differential operation, one of the flow structures in the electrochemical cell is exposed during operation to a pressure higher than the flow structure on the other side of the electrolyte membrane. Hereinafter, a flow structure exposed to high fluid pressure during operation is referred to as a "high pressure flow structure" and a flow structure exposed to relatively low fluid pressure is described as a "low pressure flow structure ". In the embodiment shown in FIG. 2, the flow structure 22 is designated as a high pressure flow structure and the flow structure 28 is designated as a low pressure flow structure. In some embodiments, each electrochemical cell in the cell stack includes two positive plates one on the high pressure side of the cell and the other on the low pressure side. In the embodiment shown in Fig. 2, the positive electrode plate 30 is located on the high-pressure side of the battery 20 and the positive electrode plate 31 is located on the low-pressure side. In some embodiments, two adjacent electrochemical cells in a cell stack share a bipolar plate. That is, if the stack contains n cells, then the total number of positive plates in the stack is (n + 1). In this embodiment, a single bipolar plate has channel features on both sides of the plate, for example one side supports the low pressure fluid structure of one cell and the other side supports the high pressure flow structure of the adjacent cell.

고차압 전지의 예시적인 실시예에서, 고압 유동 구조물(22)은 유동 구조물 MEA 계면에 있는 즉, 전해막에 대면하는 측부 상에 있는 저압 유동 구조물(28)보다 작은 표면적을 가진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유동 구조물 MEA 계면은 저압 유동 구조물(28)의 경계에 의해서 완벽하게 포위된다. 이러한 배열에서, 고압 유동 구조물(22)로부터 전해막에 작용하는 높은 유체 압력은 막의 다른 측부 상에 위치한 저압 유동 구조물(28)에 의해서 제공된 구조적 지지부에 의해서 계속적으로 균형이 이루어진다. 저압 유동 구조물(28)에 의해서 제공된 균일하고 연속적인 지지부는 막 파손을 유발하는 것으로 알려진 막 상의 높은 응력점에 대해서 보호된다. 저압 유동 구조물(28)에 의해서 제공된 보강부는 막이 고압 상태에서 과도하게 굽혀지지 않고, 그에 의해서 막 파손을 방지하는 것을 더욱 보장한다. In an exemplary embodiment of a high-pressure cell, the high-pressure flow structure 22 has a smaller surface area than the low-pressure flow structure 28 on the side of the flow structure MEA, i.e., the side facing the electrolyte membrane. As shown in FIG. 2, the flow structure MEA interface is completely surrounded by the boundary of the low pressure flow structure 28. In this arrangement, the high fluid pressure acting on the electrolyte membrane from the high pressure flow structure 22 is continuously balanced by the structural support provided by the low pressure flow structure 28 located on the other side of the membrane. The uniform, continuous support provided by the low pressure flow structure 28 is protected against high stress points on the membrane which are known to cause membrane breakage. The reinforcement provided by the low pressure flow structure 28 further ensures that the membrane is not excessively bent at high pressure and thereby prevents membrane breakage.

도 2는 고압측 상의 양극판(30)과 전해막 사이에 제공된 시일(25)이 막과 대면하는 측부 상의 저압계의 주변부 내에 전체적으로 수용되어서, 고압측 밀봉이 인접 저압 유동 구조물에 대해서 달성되는 것을 추가로 도시한다. 여기서 또한 고압측 시일로서 기술되는 시일(25)은 고압 가스의 누설을 방지하기 위하여 저압 유동 구조물(28)에 대해서 막을 조인다. 이러한 배열은 저압측(예를 들어, 저압 유동 구조물에 의해서 지지되지 않는 막의 임의의 부분 또는 양극판과 저압 유동 구조물 사이의 임의의 간극)에 있는 임의의 불연속이 고압에 노출되지 않는 것을 보장한다. 예시적인 실시예에서, 전체 전지 스택에 있는 고압측 시일들 전부가 각각의 저압 유동 구조물의 주변부 내에 있다. 2 further shows that a high-pressure side seal is achieved for the adjacent low-pressure flow structure, whereby the seal 25 provided between the cathode plate 30 on the high-pressure side and the electrolyte membrane is entirely received within the periphery of the low- Respectively. The seal 25, also referred to herein as the high pressure side seal, tightens the membrane against the low pressure flow structure 28 to prevent leakage of the high pressure gas. This arrangement ensures that any discontinuity in the low pressure side (e.g., any portion of the membrane that is not supported by the low pressure flow structure or any gap between the cathode plate and the low pressure flow structure) is not exposed to high pressure. In an exemplary embodiment, all of the high pressure side seals in the entire cell stack are within the periphery of each low pressure flow structure.

일부 실시예에서, 양극판이 비원형 기본 기하학적 형태를 갖는다면, 그 때 인접 유동 구조물도 역시 비원형 기하학적 형태를 가진다. 도 3a는 직사각형 기하학적 형태를 갖는 예시적인 고차압 전기화학 전지의 유동 구조물의 평면도를 도시한다. 이러한 실시예에서, 유동 구조물(22,28)은 직사각형 프로파일을 가진다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고압 유동 구조물(22)의 주변부는 전해막과 대면하는 측부 상의 저압 유동 구조물의 주변부 내에 전체적으로 수용된다. 시일(25)은 또한 막과 대면하는 측부 상의 저압 유동 구조물의 주변부 내에 수용되어서, 고압측 밀봉이 인접 저압 유동 구조물에 대해서 달성된다. In some embodiments, if the bipolar plate has a non-circular basic geometry, then the adjacent flow structure also has a non-circular geometry. Figure 3a shows a top view of a flow structure of an exemplary high-pressure electrochemical cell having a rectangular geometry. In this embodiment, the flow structures 22,28 have a rectangular profile. As shown in Figure 3, the periphery of the high pressure flow structure 22 is entirely contained within the periphery of the low pressure flow structure on the side facing the electrolyte membrane. The seal 25 is also received within the periphery of the low pressure flow structure on the side facing the membrane, so that a high pressure side seal is achieved for the adjacent low pressure flow structure.

다른 실시예에서, 전지에 있는 하나 이상의 양극판의 기본 기하학적 형태는 상기 전지에 있는 유동 구조물의 기하학적 형태들과 일치하지 않는다. 예를 들어, 직사각형 기본 기하학적 형태를 갖는 양극판은 원형 기하학적 형태를 구비한 인접 유동 구조물을 지지할 수 있다. 유사하게, 고차압 전지에 있는 고압 및 저압 유동 구조물들은 다른 기하학적 형태들을 가질 수 있다. 도 3b는 고압 유동 구조물(22)과 저압 유동 구조물(28)이 다른 기하학적 형태들을 갖는 예시적인 고차압 전기화학 전지의 유동 구조물의 평면도를 도시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 저압 유동 구조물(28)은 둥근 모서리를 갖는 직사각형 프로파일을 가지며, 고압 유동 구조물(22)과 고압측 시일(25)은 "레이스-트랙" 프로파일을 가진다. 고압 유동 구조물(22) 뿐 아니라 시일(25)의 주변부는 도 3b에 도시된 바와 같이 저압 유동 구조물(28)의 주변부 내에 전체적으로 수용된다. In another embodiment, the basic geometric shape of the at least one cathode plate in the cell does not match the geometric shapes of the flow structures in the cell. For example, a bipolar plate having a rectangular base geometry may support an adjacent flow structure having a circular geometry. Similarly, the high pressure and low pressure flow structures in a high differential cell may have different geometric shapes. 3B shows a top view of the flow structure of an exemplary high-pressure electrochemical cell in which the high pressure flow structure 22 and the low pressure flow structure 28 have different geometric shapes. 3B, the low pressure fluid structure 28 has a rectangular profile with rounded corners, and the high pressure flow structure 22 and the high pressure side seal 25 have a "race-track" profile. The periphery of the seal 25 as well as the high pressure flow structure 22 is entirely contained within the periphery of the low pressure flow structure 28, as shown in FIG. 3B.

예시적 실시예에서, 유동 구조물들(22,28)은 금속 포움 또는 다른 다공성 금속 기판을 사용하여 제조된다. 하나의 실시예에서, 개방된 셀방식 유동 구조물은 금속 포움, 소결된 금속 프릿 또는 임의의 다른 다공성 금속과 같은 고도의 다공성 금속 재료를 밀착시킴으로써 형성된다. 다공성 금속 재료는 스테인레스강, 티타늄, 알루미늄, 니켈, 철 등의 금속 또는 니켈 크롬 합금, 니켈 주석 합금 등과 같은 금속 합금을 포함할 수 있다. 임의의 실시예에서, 저압 유동 구조물(28)은 고압 유동 구조물(22)보다 큰 밀도 수준으로 밀착된다. 또한, 일부 실시예에서, 밀착된 다공성 금속 매트릭스는 미세 다공성 금속층(MPL)을 갖는 한 측부 상에 적층되어서 유동 구조물을 형성한다. 추가 실시예에서, MPL은 전기화학 촉매가 막 전극 조립체에 통합되지 않으면 전기촉매층으로 코팅된다. 결과적 적층 구조물은 막과 인접하게 위치한 전기화학 촉매층을 갖는 전기화학 전지에 배열될 수 있다. MPL이 사용되지 않는 일부 실시예에서, 전기화학 촉매층은 전해막과 대면하는 측부 상에서 밀착된 다공성 금속 기판 상으로 직접 코팅될 수 있다. In an exemplary embodiment, the flow structures 22,28 are fabricated using a metal foam or other porous metal substrate. In one embodiment, the open celled flow structure is formed by adhering a highly porous metallic material such as a metal foam, sintered metal frit or any other porous metal. The porous metal material may comprise a metal such as stainless steel, titanium, aluminum, nickel, iron, or a metal alloy such as a nickel chrome alloy, a nickel tin alloy, or the like. In certain embodiments, the low pressure flow structure 28 is adhered to a higher density level than the high pressure flow structure 22. Also, in some embodiments, the adhered porous metal matrix is deposited on one side with a microporous metal layer (MPL) to form a flow structure. In a further embodiment, the MPL is coated with an electrocatalyst layer unless the electrochemical catalyst is incorporated into the membrane electrode assembly. The resulting laminate structure may be arranged in an electrochemical cell having an electrochemical catalyst layer positioned adjacent to the membrane. In some embodiments where MPL is not used, the electrochemical catalyst layer may be coated directly onto the porous metal substrate that is adhered on the side facing the electrolyte membrane.

도 4는 전기화학 전지(20)의 예시적인 실시예에서 양극판(30)을 위한 디자인 고려사항을 도시하기 위하여 도 2의 영역(50)의 확대도를 도시한다. 유사한 디자인 고려사항은 고압 하에서 작동되는 전기화학 전지들에서 사용하기 위한 양극판(31)을 구성하기 위해 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 양극판(30)은 직사각형 프로파일을 가지며, 이는 전기화학 전지(20)가 직사각형 외부 압력 경계를 가지는 것을 표시한다. 이러한 전기화학 전지들에서, 내부 유체 압력은 고압 시일[즉, 시일(25)]을 통해서 양극판(30)으로 전달되고 그에 의해서 양극판을 인장 상태에 놓이게 한다. 즉, 양극판(30)은 전지의 작동 중에 인장 부재로서 작용한다. 양극판에 전개된 축방향 인장력은 작동 중에 내부유체 압력을 균형을 맞추고 그에 의해서 전지의 외부 압력 경계의 벌징(bulging)/굽힘을 방지한다. FIG. 4 shows an enlarged view of the area 50 of FIG. 2 to illustrate design considerations for the cathode plate 30 in an exemplary embodiment of the electrochemical cell 20. FIG. Similar design considerations can be used to construct the bipolar plate 31 for use in electrochemical cells operating under high pressure. As shown in Fig. 4, the bipolar plate 30 has a rectangular profile, which indicates that the electrochemical cell 20 has a rectangular outer pressure boundary. In these electrochemical cells, the internal fluid pressure is transferred to the positive electrode plate 30 through a high pressure seal (i.e., the seal 25), thereby causing the positive electrode plate to be in a tensioned state. That is, the positive electrode plate 30 acts as a tensile member during operation of the battery. The axial tension applied to the bipolar plate balances the internal fluid pressure during operation and thereby prevents bulging / bending of the external pressure boundary of the cell.

예시적인 실시예에서, 양극판(30)은 인장 부재를 위한 디자인 요구조건에 기초하여 구성된다. 양극판(30)이 효과적 인장 부재로서 작용하게 하기 위하여, 전지의 내부 유체 압력은 판("Areaplate")의 축방향 단면적을 함께 고려해야 한다. 양극판(30)에서 전개된 인장 응력("Fy")은 수학식 1에 제시된 바와 같이 작동 중에 유동 구조물(22)에서 전개된 내부 유체 압력("Pfluid")의 함수이다.
In the exemplary embodiment, the bipolar plate 30 is configured based on design requirements for the tension member. In order for the positive electrode plate 30 to function as an effective tension member, the internal fluid pressure of the cell must take into account the axial cross-sectional area of the plate ("Area plate "). The tensile stress ("F y ") developed in the bipolar plate 30 is a function of the internal fluid pressure ("P fluid ") developed in the flow structure 22 during operation as shown in equation (1).

Figure pct00001
Figure pct00001

여기서, "Areaflow-structure"은 유동 구조물(22)의 축방향 단면적을 나타낸다; "Thicknessflow-structure"와 "Thicknessplate" 은 도 4에 도시된 바와 같이, 유동 구조물(22)의 두께와 양극판(30)의 두께를 각각 나타낸다; 그리고 "Widthflow-structure"와 "Widthplate"은 유동 구조물(20)의 폭과 양극판(30)의 폭을 각각 나타낸다. 수학식 1에 기초하는, Fy는 Thicknessflow-structure 대 Pfluid 이 곱해진 Thicknessplate의 비율에 비례하도록 반응한다. 양극판 재료의 항복 강도(즉, 명시된 판의 영국적 변화량이 발생하는 응력의 양)가 선험적으로 인식되면, 그때 양극판(30)의 두께는 소정량의 인장 응력을 지탱하도록 조정될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에서, 양극판(30)의 두께는 양극판 재료의 항복 강도에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 전기화학 전지(20)의 의도된 작동 압력, 유동 구조물(22)의 두께 및 전지의 폭[즉, 유동 구조물(20)과 양극판(30)의 폭]이 알려져 있으면, 양극판(30)의 두께는 재료의 항복 강도에 기초하여 최적화될 수 있다. 이는 양극판/외부 압력 경계의 변형을 유발하지 않고 그에 작용하는 축방향 인장력으로부터 발생되는 응력을 양극판이 견딜 수 있게 한다. 선택적인 실시예에서, 양극판(30)의 두께는 재료의 항복 강도와 반비례한다. 즉, 재료의 항복 강도가 높을수록, 양극판의 두께는 작아질 수 있다. 양극판의 두께를 낮추면 잠재적으로 전기화학 전지를 더욱 밀착되고 가볍게 만들 수 있다. 일부 예시적 실시예에서, 양극판(30)의 두께는 약 0.03 mm 내지 약 3 mm의 범위에 있다. 예를 들어, 양극판(30)의 두께는 약 0.03 mm 내지 약 1 mm, 약 0.5 mm 내지 약 2 mm, 약 0.1 mm 내지 약 1 mm, 약 0.2 mm 내지 약 0.8 mm, 약 0.4 mm 내지 약 0.6 mm의 범위 등에 있을 수 있다. Here, "Area flow-structure " represents the axial cross-sectional area of the flow structure 22; "Thickness flow-structure " and "Thickness plate " represent the thickness of the flow structure 22 and the thickness of the anode plate 30, respectively, as shown in FIG. 4; And "Width flow-structure " and "Width plate " represent the width of the flow structure 20 and the width of the anode plate 30, respectively. Based on Equation (1), F y reacts in proportion to the ratio of the thickness plate multiplied by the thickness flow-structure versus P fluid . If the yield strength of the cathode plate material (i.e., the amount of stress generated by the Brittle change of the specified plate) is perceived a priori, then the thickness of the cathode plate 30 may be adjusted to sustain a predetermined amount of tensile stress. Thus, in the exemplary embodiment, the thickness of the bipolar plate 30 is determined based on the yield strength of the bipolar plate material. For example, if the intended working pressure of the electrochemical cell 20, the thickness of the flow structure 22, and the width of the cell (i.e., the width of the flow structure 20 and the width of the positive electrode plate 30) ) Can be optimized based on the yield strength of the material. This allows the bipolar plates to withstand the stresses resulting from the axial tensile forces acting on them without causing deformation of the bipolar plate / external pressure boundary. In an alternative embodiment, the thickness of the bipolar plate 30 is inversely proportional to the yield strength of the material. That is, the higher the yield strength of the material, the smaller the thickness of the positive electrode plate. Lowering the thickness of the bipolar plate can potentially make the electrochemical cell closer and lighter. In some exemplary embodiments, the thickness of the bipolar plate 30 ranges from about 0.03 mm to about 3 mm. For example, the thickness of the bipolar plate 30 may range from about 0.03 mm to about 1 mm, from about 0.5 mm to about 2 mm, from about 0.1 mm to about 1 mm, from about 0.2 mm to about 0.8 mm, from about 0.4 mm to about 0.6 mm And the like.

일 실시예에서, 양극판(30)은 도 4에 도시된 바와 같이 유동 구조물을 수용/지지하기 위해 내부에 형성된 포켓을 갖는 재료의 단일 부재로 제조된다. 다른 실시예에서, 양극판(30)은 도 5에 도시된 바와 같이 "두 부재" 디자인을 가진다. 이러한 실시예에서, 판(30)은 유동 구조물을 위한 포켓을 형성하는 2개의 개별 부재들-프레임 부재(30A)와, 일반적인 하나의 평탄판(30B)을 포함한다. 2개의 부재들은 고장없이 유동 구조물로부터 평탄판(30B)으로 압력을 전달하기에 충분히 강한 접착 방법에 의해서 그 계면(35)에서 접착된다. 이러한 실시예에서, Thicknessplate는 평탄판(30B)의 두께를 지칭한다. 접착 방법은 접착제 접착, 용접, 중합체에 의한 열적 접합 등을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다. In one embodiment, the bipolar plate 30 is made of a single piece of material having pockets formed therein to receive / support the flow structure, as shown in Fig. In another embodiment, the bipolar plate 30 has a "two-piece" design, as shown in FIG. In this embodiment, the plate 30 includes two separate member-frame members 30A forming a pocket for the flow structure and a common flat plate 30B. The two members are bonded at their interface 35 by a bonding method strong enough to transfer pressure from the flow structure to the flat plate 30B without failure. In this embodiment, the thickness plate refers to the thickness of the flat plate 30B. Adhesion methods include, but are not limited to, adhesive bonding, welding, thermal bonding with a polymer, and the like.

예시적 실시예에서, 양극판(30)은 알루미늄, 강철, 스테인레스강, 티타늄, 구리, Ni-Cr 합금, 인코넬 또는 임의의 다른 전기 전도성 재료로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 양극판(30)은 클래드 재료, 예를 들어, 한 측부 또는 양 측부 상에 스테인레스 강을 갖는 알루미늄 클래드(aluminum clad)을 포함한다. 도 6은 "두 부재" 양극판(30)을 도시하며, 평탄판(30B)은 클래드 재료를 포함한다. 클래딩은 양자 금속들의 유일한 장점을 제공하고- 예를 들어, 스테인레스 강-클래드 알루미늄으로부터 제조된 양극판의 경우에, 스테인레스 강은 하중에 대한 고강도 비율, 높은 열적 및 전기 전도성 등과 같은 알루미늄의 우수한 재료 특성을 제공하면서, 전지 작동 중에 부식으로부터 알루미늄 코어를 보호한다. In an exemplary embodiment, the bipolar plate 30 may be made of aluminum, steel, stainless steel, titanium, copper, Ni-Cr alloy, Inconel or any other electrically conductive material. In one embodiment, the bipolar plate 30 comprises a clad material, for example an aluminum clad having stainless steel on one or both sides. Fig. 6 shows "two member" positive electrode plate 30, and the flat plate 30B includes a clad material. Cladding provides the unique advantage of quantum metals - for example, in the case of a bipolar plate made of stainless steel-clad aluminum, stainless steel has excellent material properties of aluminum, such as high strength to load ratio, high thermal and electrical conductivity While protecting the aluminum core from corrosion during battery operation.

일부 실시예에서, 양극판(30)은 프레임 부재(30A)를 평탄판(30B)과 결합시키기 위하여 상호체결 형태부(40)를 갖는 "두 부재" 디자인을 포함할 수 있다. 상호체결 형태부(40)는 프레임 부재(30A)와 평탄판(30B)을 함께 고정하기에 충분한 메이팅 기하학적 형태를 형성한다. 예를 들어, 프레임 부재(30A)는 상호체결 형태부(40)의 제 1 부분(41)을 포함하고, 평탄판(30B)은 상호체결 형태부(40)의 제 2 부분(43)을 포함한다. 제 1 부분(41)과 제 2 부분(43)은 프레임 부재(30A)와 평탄판(30B) 사이에 고정 부착부를 제공하도록 구성될 수 있다. 부착부는 예를 들어 양극판(30)을 지지하기 위한 제거가능한 부착부일 수 있다. In some embodiments, the bipolar plate 30 may include a "two-piece" design having interlocking features 40 to engage the frame member 30A with the flat plate 30B. The interlocking feature 40 forms a mating geometry sufficient to secure the frame member 30A and the flat plate 30B together. For example, the frame member 30A includes a first portion 41 of the interlocking feature 40 and the flat plate 30B includes a second portion 43 of the interlocking feature 40 do. The first portion 41 and the second portion 43 may be configured to provide a fixed attachment between the frame member 30A and the flat plate 30B. The attachment portion may be, for example, a removable attachment portion for supporting the positive electrode plate 30.

도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(41)은 하나 이상의 돌출부(42)를 포함하고, 제 2 부분(43)은 하나 이상의 만입부(44)를 포함한다. 제 1 부분(41)과 제 2 부분(43)은 여러 부착 메카니즘을 포함하는 것을 추가로 고려할 수 있다. 돌출부(42)는 만입부(44)와 짝지어지도록 구성될 수 있다. 추가로, 돌출부(42)는 프레임 부재(30A)로부터 외향으로 연장되고 프레임 부재(30A)의 저면(31) 상에 위치한 돌기부 또는 돌기체를 포함할 수 있다. 만입부(44)는 평탄판(30B)으로부터 내향으로 연장되고 평탄판(30B)의 상단면(33) 상에 위치하는 홈 또는 오목부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 프레임 부재(30A)는 하나의 돌출부(42)를 포함하고 평탄판(30B)은 하나의 만입부(44)를 포함한다. 그러나, 프레임 부재(30A)는 다수의 돌출부들(42) 예를 들어, 2,4,10, 25, 또는 100 돌출부들을 포함할 수 있다는 것을 추가로 고려해야 한다. 또한, 평탄판(30B)은 대응하는 수의 만입부(44)를 포함할 수 있다. 도 8은 프레임 부재(30A)가 4개의 돌출부(42)를 포함하고 평탄판(30B)이 4개의 대응하는 만입부(44)를 포함하는 일 실시예를 도시한다. 7 and 8, the first portion 41 includes one or more protrusions 42 and the second portion 43 includes one or more indentations 44. As shown in FIGS. It is further contemplated that the first portion 41 and the second portion 43 include several attachment mechanisms. The protrusion 42 may be configured to mate with the indentation 44. In addition, the protrusion 42 may include protrusions or pawl bodies extending outwardly from the frame member 30A and located on the bottom surface 31 of the frame member 30A. The indentation 44 may include a groove or recess extending inwardly from the flat plate 30B and located on the top surface 33 of the flat plate 30B. In one embodiment, the frame member 30A includes one protrusion 42 and the flat plate 30B includes one indent 44, as shown in Fig. However, it should be further considered that the frame member 30A may comprise a plurality of protrusions 42, for example, 2, 4, 10, 25, or 100 protrusions. In addition, the flat plate 30B may include a corresponding number of indentations 44. [ Fig. 8 shows an embodiment in which the frame member 30A includes four projections 42 and the flat plate 30B includes four corresponding indentations 44. Fig.

다른 실시예에서, 프레임 부재(30A)와 평탄판(30B)은 적어도 하나의 돌출부(42)와 적어도 하나의 만입부(44)를 각각 포함할 수 있다. 추가로, 프레임 부재(30A)는 만입부(44)를 포함하고 평탄판(30B)은 돌출부(42)를 포함할 수 있다. In another embodiment, the frame member 30A and the flat plate 30B may each include at least one protrusion 42 and at least one indentation 44, respectively. In addition, the frame member 30A may include an indentation 44 and the flat plate 30B may include a protrusion 42. [

도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 상호체결 형태부(40)는 여러 형상 및 크기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 돌출부(42)와 만입부(44)는 원통형, 둥근형, 타원형, 직사각형 또는 정사각형으로 형성될 수 있다. 추가로, 돌출부(42)와 만입부(44)는 여러 다각형 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 프레임 부재(30A)와 평탄판(30B)은 다른 형상을 갖는 다수의 상호체결 형태부(40)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서,프레임 부재(30A)와 평탄판(30B) 상의 모든 상호체결 형태부(40)는 동일할 수 있다. As shown in FIGS. 7 and 8, the interlocking feature 40 may include various shapes and sizes. For example, the protrusions 42 and the indentations 44 may be formed in a cylindrical shape, a round shape, an elliptical shape, a rectangular shape, or a square shape. In addition, the protrusions 42 and indentations 44 may have various polygonal shapes. In some embodiments, the frame member 30A and the flat plate 30B may include a plurality of interlocking features 40 having different shapes. In another embodiment, all of the interlocking features 40 on the frame member 30A and the flat plate 30B may be the same.

돌출부(42)와 만입부(44)는 임의의 적당한 형상 및 치수일 수 있다. 예를 들어, 돌출부(42)와 만입부(44)는 유체의 통과를 방지하는 밀봉 결합부를 형성하도록 성형 및 치수설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 돌출부(42)는 만입부(44)보다 약간 큰 크기를 포함하여, 돌출부(42)가 만입부(44) 내에 배치되고 활주식으로 결합하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 돌출부(42)는 만입부(44) 내에 활주될 수 있고, 만입부(44)는 예를 들어, 약 2 mm 내지 약 40 mm, 약 3 mm 내지 약 30 mm, 약 4 mm 내지 약 20 mm, 약 4 mm 내지 약 10 mm와 같이, 길이가 약 1 mm 미만에서 약 50mm초과의 범위에 있을 수 있다. 돌출부(42)는 길이가 약 1 mm 미만에서 약 50mm초과의 범위에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 돌출부(42)는 길이가 약 5mm일 수 있고 만입부(44)는 길이가 약 5mm일 수 있다. 다른 실시예에서, 돌출부(42)는 길이가 5mm일 수 있고, 만입부(44)는 길이가 5.05 mm일 수 있다. The protrusions 42 and indentations 44 may be of any suitable shape and dimension. For example, the protrusions 42 and the indentations 44 can be shaped and dimensioned to form a sealing engagement that prevents fluid from passing therethrough. In some embodiments, the protrusions 42 include a size slightly larger than the indentations 44 such that the protrusions 42 are disposed within the indentations 44 and configured to engage slidably. For example, protrusions 42 may be slid in indentations 44, and indentations 44 may be slid within indentations 44, for example, from about 2 mm to about 40 mm, from about 3 mm to about 30 mm, Such as from about 1 mm to about 20 mm, such as from about 4 mm to about 10 mm. The protrusions 42 may range in length from less than about 1 mm to greater than about 50 mm. In one embodiment, protrusion 42 may be about 5 mm in length and indent 44 may be about 5 mm in length. In another embodiment, protrusion 42 may be 5 mm in length and indent 44 may be 5.05 mm in length.

돌출부(42)와 만입부(44)는 제 1 및 제 2 표면들(31,33)에 대해서 가변 각도로 배향될 수 있다. 예를 들어, 돌출부(42)와 만입부(44)는 제 1 및 제 2 표면들(31,33)과 직각일 수 있다. 다른 실시예에서, 돌출부(42)는 제 1 표면(31)과 약 2 내지 약 90 도의 범위인 제 1 각도를 형성할 수 있고, 만입부(44)는 제 2 표면(33)과 약 -45 내지 약 +90 범위인 제 2 각도를 형성할 수 있다. 제 2 각도는 제 1 각도와 동일하거나 또는 클 수 있다. The protrusions 42 and the indentations 44 may be oriented at a variable angle relative to the first and second surfaces 31,33. For example, the projections 42 and the indentations 44 may be perpendicular to the first and second surfaces 31,33. The projections 42 may form a first angle with the first surface 31 in the range of about 2 to about 90 degrees and the indentations 44 may define the second surface 33 and about -45 To about +90 < / RTI > The second angle may be equal to or greater than the first angle.

돌출부(42) 또는 만입부(44)는 관통 가스 유동에 대해서 구성된 하나 이상의 통로(50)를 포함할 수 있다는 것이 추가로 고려된다(도 7 및 도 8). 프레임 표면(30A) 상의 통로(50)는 평탄판(30B) 상의 통로(50)와 정렬될 수 있다. 일부 실시예에서, 통로(50)는 프레임 부재(30A)와 평탄판(30B)에 임의로 배치된 다공성 구멍들을 포함할 수 있다. 가스는 통로(50)로 진입하고 연료 전지(10) 안으로 흐를 수 있다. It is further contemplated that protrusion 42 or indentation 44 may include one or more passageways 50 configured for penetrating gas flow (FIGS. 7 and 8). The passage 50 on the frame surface 30A can be aligned with the passage 50 on the flat plate 30B. In some embodiments, the passageway 50 may include porous apertures optionally disposed in the frame member 30A and the flat plate 30B. The gas may enter the passageway 50 and flow into the fuel cell 10.

다른 실시예에서, 상호체결 형태부(40)는 제 1 및 제 2 판들과 밀봉 결합하기에 적합한 다양한 연결부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상호체결 형태부(40)는 시일 글랜드(seal gland)와 시일, O-링 글랜드 또는 O-링을 포함할 수 있다.In other embodiments, the interlocking feature 40 may include various connections suitable for sealing engagement with the first and second plates. For example, the interlocking feature 40 may include a seal gland and a seal, an O-ring gland, or an O-ring.

돌출부(42)와 만입부(44)는 프레임 표면(30A)과 평탄판(30B) 상의 직사각형 또는 임의의 패턴들로 배치될 수 있다. 예를 들어, 돌출부(42)와 만입부(44)는 제 1 및 제 2 표면들(31,33)의 외부 경계 주위에 배치될 수 있다. 추가로, 또는 대안으로, 돌출부(42)와 만입부(44)는 각 판의 중심 부근에 배치될 수 있다. 돌출부(42)와 만입부(44)의 배치는 산발적이거나 또는 균일한 배열일 수 있다. 일부 실시예에서, 돌출부(42)와 만입부(44)는 접합 표면(31,33) 상의 전단 응력을 최소화하도록 배치될 수 있다. The protrusions 42 and indentations 44 may be arranged in a rectangular or arbitrary pattern on the frame surface 30A and the flat plate 30B. For example, protrusions 42 and indentations 44 may be disposed around the outer perimeter of the first and second surfaces 31, 33. Additionally or alternatively, the projections 42 and the indentations 44 may be disposed near the center of each plate. The arrangement of the projections 42 and indentations 44 may be sporadic or uniform. In some embodiments, the projections 42 and indentations 44 may be arranged to minimize shear stresses on the bonding surfaces 31,33.

돌출부(42)와 만입부(44)는 예를 들어, 스테인레스 강, 알루미늄, 그래파이트, 중합체 및 다양한 복합물로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 돌출부(42)와 만입부(44)는 동일 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 돌출부(42)는 제 1 재료를 포함하고, 만입부(44)는 제 2 재료를 포함하며, 제 1 및 제 2 재료들은 다르다. 만입부(44)는 돌출부(42) 내에서 팽창하고 밀봉 결합부를 형성하도록 구성된 엘라스토머 중합체를 포함하는 것이 추가로 고려된다. 적당한 엘라스토머 중합체는 예를 들어 EPDM, Viton® 및 네오프렌을 포함할 수 있다. The protrusions 42 and indentations 44 may be formed of, for example, stainless steel, aluminum, graphite, polymers, and various composites. In some embodiments, the protrusions 42 and indentations 44 may comprise the same material. In another embodiment, the protrusion 42 comprises a first material, the indentation 44 comprises a second material, and the first and second materials are different. It is further contemplated that the indentation 44 includes an elastomeric polymer that is configured to expand within the projection 42 and form a sealing engagement. Suitable elastomeric polymers can include, for example, EPDM, Viton, and neoprene.

프레임 표면(30A) 및 평탄판(30B)은 계면(35)에서 예를 들어, 접합 재료, 용접, 브레이징, 땜납, 확산 접합, 폭발 접합(explosive bonding), 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 또는 소결을 포함하는 하나 이상의 추가 부착 메카니즘으로 추가로 고정될 수 있다. 일 실시예에서, 접합 재료는 접착제를 포함할 수 있다. 적당한 접착제는 예를 들어 에폭시, 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate), 열가소성 시트(열 접합 열가소성 시트를 포함함) 우레탄 및 기타 중합체를 포함할 수 있다. 상호체결 형태부(40)의 마찰 프릿과 접합 재료는 평탄판(30B)을 갖는 프레임 표면(30A)을 밀봉식으로 고정할 수 있다. 다른 실시예에서, 상호체결 형태부(40)의 마찰 프릿은 접합 재료를 사용하지 않고 평탄판(30B)을 갖는 프레임 표면(30A)을 밀봉식으로 고정할 수 있다. The frame surface 30A and the flat plate 30B may be bonded to each other at the interface 35 by any suitable means such as, for example, bonding material, welding, brazing, soldering, diffusion bonding, explosive bonding, ultrasonic welding, laser welding, Such as a < / RTI > In one embodiment, the bonding material may comprise an adhesive. Suitable adhesives can include, for example, epoxies, cyanoacrylates, thermoplastic sheets (including thermocompatible thermoplastic sheets), urethanes and other polymers. The friction frit and the bonding material of the interlocking configuration section 40 can sealably secure the frame surface 30A with the flat plate 30B. In another embodiment, the friction frit of the interlocking feature 40 can sealably secure the frame surface 30A with the flat plate 30B without using a bonding material.

상호체결 형태부(40)는 평탄판(30B)을 갖는 프레임 표면(30A)의 네스트 배열(nesting arrangement)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 프레임 표면(30A)은 평탄판(30B) 내에 포개(nest)질 수 있다. 네스트 배열은 강하고 확고한 연결부를 제공할 수 있고, 따라서 프레임 표면(30A)과 평탄판(30B)을 함께 고정하는데 필요한 접착제의 전단 강도를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 돌출부(42)에 의해서 운반된 전단력은 프레임 표면(30A)과 평탄판(30B)을 고정하기 위한 일반적으로 강한 재료를 생성할 수 있다. 네스트 배열은 예를 들어, 다르게는 부식을 유발할 수 있는 냉각제와 같은 유체 스트림에 대한 노출로부터 양극판(30)의 재료들을 격리시킬 수 있다. 추가로, 네스트 배열은 연료 전지 스택에서 프레임 표면(30A)과 평탄판(30B)의 신속하고 용이한 조립체를 제공할 수 있고 따라서 수리 비용을 감소시킬 수 있다. The interlocking feature 40 may provide a nesting arrangement of the frame surface 30A with the flat plate 30B. For example, as shown in Figs. 7 and 8, the frame surface 30A may be nested within the flat plate 30B. The nesting arrangement can provide a strong and firm connection, thus reducing the shear strength of the adhesive needed to secure the frame surface 30A and the flat plate 30B together. For example, the shear force carried by the protrusions 42 can create a generally strong material for securing the frame surface 30A and the flat plate 30B. The nesting arrangement can isolate the materials of the bipolar plate 30 from exposure to a fluid stream, such as, for example, a coolant that otherwise can cause corrosion. In addition, the nesting arrangement can provide a quick and easy assembly of the frame surface 30A and the flat plate 30B in the fuel cell stack, thus reducing repair costs.

함께 포개질 때, 프레임 표면(30A)과 평탄판(30B)은 연료 전지 스택에서 제 1 연료 전지와 제 2 연료 전지 사이에서 열전달을 용이하게 할 수 있다. 상호체결 형태부(40)의 밀봉 배열은 또한 유체가 연료 전지(10) 안으로 진입하는 것을 방지하고 그에 의해서 유체의 누설이 전지 안으로 유입되어 발생된 갈바닉 부식(galvanic corrosion)을 감소시킬 수 있다. 이러한 구성은 긴 수명과 증가한 성능의 전기화학 전지를 제공할 수 있다. When coextensive, the frame surface 30A and the flat plate 30B can facilitate heat transfer between the first fuel cell and the second fuel cell in the fuel cell stack. The sealing arrangement of the interlocking feature 40 may also reduce fluid ingress into the fuel cell 10 and thereby reduce galvanic corrosion caused by leakage of fluid into the cell. Such a configuration can provide an electrochemical cell with a long lifetime and increased performance.

추가로, 비원형 프로파일(즉, 비원통형 전지 스택들)을 갖는 본원의 전기화학 전지들은 원형 프로파일을 갖는 전기화학 전지들에 대한 임의의 장점을 가진다. 예를 들어, 비원형 프로파일은 전지의 매니폴드 디자인 또는 유체 분배 시스템을 재설계할 필요성이 없이 2차원(전지의 수와 전지 폭)에서 디자인 가요성 및 확장성을 가능하게 할 수 있다. 비원통형 전지 스택, 특히 직사각형 프로파일 스택은 횡류 스택 디자인을 위한 선택을 포함하는 용이한 매니폴드 기하학적 형태를 가능하게 한다. 추가로, 비원형 프로파일은 고체적 제조에서 최대 재료 활용을 가능하게 하고 따라서 전체 제조 비용을 낮출 수 있다. In addition, the present electrochemical cells having a non-circular profile (i.e., non-cylindrical cell stacks) have certain advantages over electrochemical cells having a circular profile. For example, non-circular profiles can enable design flexibility and scalability in two dimensions (number of cells and cell width) without the need to redesign the manifold design of the cell or the fluid distribution system. Non-cylindrical cell stacks, particularly rectangular profile stacks, enable easy manifold geometry including selection for cross-flow stack design. In addition, non-circular profiles allow maximum material utilization in solid manufacturing and thus lower overall manufacturing costs.

본 발명의 다른 실시예는 당업자에게 명확하여 명세서를 고려하여 본원에 개시된 발명을 실행할 수 있게 한다. 명세서와 예들은 하기 청구범위에 의해서 표시된 본 발명의 진정한 범주 및 정신 내에서 단지 예시적인 것으로 고려되도록 의도된 것이다.
Other embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art to enable the practice of the invention disclosed herein in light of the specification. It is intended that the specification and examples be considered as exemplary only, with a true scope and spirit of the invention being indicated by the following claims.

Claims (27)

제 1 전극, 제 2 전극 및 그 사이에 배치된 전해막;
상기 전해막의 한 측부 상의 적어도 하나의 양극판;
상기 적어도 하나의 양극판과 상기 제 1 전극 사이의 제 1 유동 구조물을 포함하고,
상기 적어도 하나의 양극판은 비원형 기본 기하학적 형태를 가지며; 그리고
또한 상기 적어도 하나의 양극판의 두께는 상기 양극판을 형성하는데 사용된 재료의 항복 강도, 상기 제 1 유동 구조물의 두께, 및 전기화학 전지의 작동 중에 상기 제 1 유동 구조물에서의 최대로 의도된 유체 압력에 기초하는, 전기화학 전지.A first electrode, a second electrode, and an electrolytic film disposed therebetween;
At least one positive electrode plate on one side of the electrolyte membrane;
And a first flow structure between the at least one positive electrode plate and the first electrode,
Said at least one positive electrode plate has a non-circular basic geometry; And
The thickness of the at least one positive electrode plate is preferably greater than the yield strength of the material used to form the positive electrode plate, the thickness of the first flow structure, and the maximum intended fluid pressure in the first flow structure during operation of the electrochemical cell. Based, electrochemical cell. 제 1 항에 있어서,
상기 전기화학 전지는 비원형 외부 압력 경계를 갖는, 전기화학 전지.The method according to claim 1,
Wherein the electrochemical cell has a non-circular external pressure boundary. 제 2 항에 있어서,
상기 전기화학 전지는 일반적인 직사각형 외부 압력 경계를 갖는, 전기화학 전지.3. The method of claim 2,
Wherein the electrochemical cell has a general rectangular outer pressure boundary. 제 1 항에 있어서,
제 2 양극판을 추가로 포함하는, 전기화학 전지.The method according to claim 1,
An electrochemical cell further comprising a second bipolar plate. 제 4 항에 있어서,
상기 제 2 전극과 상기 제 2 양극판 사이의 제 2 유동 구조물을 추가로 포함하는, 전기화학 전지.5. The method of claim 4,
And a second flow structure between the second electrode and the second positive electrode plate. 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 유동 구조물은 상기 제 1 유동 구조물보다 높은 구조적 힘을 지탱하도록 구성되는, 전기화학 전지.6. The method of claim 5,
Wherein the second flow structure is configured to sustain a higher structural force than the first flow structure. 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 유동 구조물의 주변부 주위의 시일을 추가로 포함하는, 전기화학 전지.6. The method of claim 5,
Further comprising a seal around a periphery of the first flow structure. 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 유동 구조물과 상기 제 2 유동 구조물 중 적어도 하나는 다공성 기판을 포함하는, 전기화학 전지.6. The method of claim 5,
Wherein at least one of the first flow structure and the second flow structure comprises a porous substrate. 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 양극판의 두께는 상기 제 1 유동 구조물 내의 최대로 의도된 유체 압력 대 상기 양극판 재료의 항복 강도의 비율을 곱한 상기 제 1 유동 구조물의 두께와 같거나 또는 그보다 큰, 전기화학 전지.The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the at least one positive plate is equal to or greater than the thickness of the first flow structure multiplied by the ratio of the maximum intended fluid pressure in the first flow structure to the yield strength of the negative plate material. 전기화학 전지의 제조 방법으로서,
제 1 전극, 제 2 전극 및 그 사이의 전해막을 제공하는 단계;
제 1 양극판을 제조하기 위한 재료를 선택하는 단계;
상기 제 1 양극판을 제조하기 위해 선택된 상기 재료의 항복 강도를 계산하는 단계;
계산된 항복 강도, 상기 제 1 양극판에 인접하게 배치될 제 1 유동 구조물의 두께, 및 상기 전기화학 전지의 작동 중에 상기 제 1 유동 구조물 내의 최대로 의도된 유체 압력에 기초하여 상기 제 1 양극판의 두께를 결정하는 단계;
결정된 두께를 사용하여 상기 제 1 양극판을 제조하는 단계로서, 상기 제 1 양극판은 비원형 기하학적 형태를 갖는, 상기 제조 단계;
상기 전해막의 한 측부 상에 상기 제 1 양극판을 제공하는 단계; 그리고
상기 제 1 양극판과 상기 제 1 전극 사이에 상기 제 1 유동 구조물을 제공하는 단계를 포함하는, 전기화학 전지의 제조 방법.A method of manufacturing an electrochemical cell,
Providing a first electrode, a second electrode, and an electrolytic film therebetween;
Selecting a material for producing the first positive electrode plate;
Calculating a yield strength of the material selected to produce the first positive electrode plate;
A thickness of the first baffle plate disposed adjacent to the first baffle plate and a maximum intended fluid pressure in the first flow structure during operation of the electrochemical cell, ;
Fabricating the first positive electrode plate using the determined thickness, wherein the first positive electrode plate has a non-circular geometry;
Providing the first cathode plate on one side of the electrolyte membrane; And
And providing the first flow structure between the first positive electrode plate and the first electrode. 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 양극판은 일반적인 직사각형 기하학적 형태를 갖는, 전기화학 전지의 제조 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the first positive electrode plate has a general rectangular geometry. 제 10 항에 있어서,
제 2 양극판을 제공하는 단계; 그리고
상기 제 2 전극과 상기 제 2 양극판 사이에 제 2 유동 구조물을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 전기화학 전지의 제조 방법.11. The method of claim 10,
Providing a second positive electrode plate; And
Further comprising providing a second flow structure between the second electrode and the second positive electrode plate. 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 유동 구조물은 상기 제 1 유동 구조물보다 큰 구조적 힘을 지탱하도록 구성되는, 전기화학 전지의 제조 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the second flow structure is configured to support a greater structural force than the first flow structure. 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 유동 구조물은 밀착형 다공성 금속 기판을 포함하는, 전기화학 전지의 제조 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the first flow structure comprises a closely-spaced porous metal substrate. 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 유동 구조물은 상기 제 2 유동 구조물보다 큰 밀도 수준으로 밀착(compact)되는, 전기화학 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the first flow structure is compacted to a greater density level than the second flow structure. 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 유동 구조물은 상기 밀착형 다공성 금속 기판 상으로 적층된 적어도 하나의 미세-다공성 재료층을 포함하는, 전기화학 전지의 제조 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the first flow structure comprises at least one micro-porous material layer stacked on the coherent porous metal substrate. 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 유동 구조물은 다공성 기판을 포함하는, 전기화학 전지의 제조 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the second flow structure comprises a porous substrate. 제 17 항에 있어서,
상기 제 2 유동 구조물은 다공성 금속 기판을 포함하는, 전기화학 전지의 제조 방법.18. The method of claim 17,
Wherein the second flow structure comprises a porous metal substrate. 제 18 항에 있어서,
상기 제 2 유동 구조물은 상기 다공성 금속 기판 상으로 적층된 적어도 하나의 미세-다공성 재료층을 포함하는, 전기화학 전지의 제조 방법.19. The method of claim 18,
Wherein the second flow structure comprises at least one micro-porous material layer stacked on the porous metal substrate. 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 유동 구조물은 상기 제 1 전극을 대면하는 측부를 따른 제 1 평면형 표면을 포함하고 상기 제 2 유동 구조물은 상기 제 2 전극을 대면하는 측부를 따른 제 2 평면형 표면을 포함하고, 상기 제 1 평면형 표면의 주변부는 상기 제 2 평면형 표면의 주변부보다 큰, 전기화학 전지의 제조 방법.13. The method of claim 12,
Wherein the first flow structure includes a first planar surface along a side facing the first electrode and the second flow structure includes a second planar surface along a side facing the second electrode, Wherein the peripheral portion of the planar surface is larger than the peripheral portion of the second planar surface. 제 20 항에 있어서,
상기 제 2 평면형 표면의 주변부는 상기 제 1 평면형 표면의 주변부 내에 수용되는, 전기화학 전지의 제조 방법.21. The method of claim 20,
Wherein a peripheral portion of the second planar surface is received within a peripheral portion of the first planar surface. 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 양극판은 상기 전지의 작동 중에 인장 부재로서 작용하도록 구성되는, 전기화학 전지의 제조 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the first positive electrode plate is configured to act as a tension member during operation of the cell. 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 양극판은 상기 제 1 유동 구조물을 지지하기 위하여 내부에 형성된 포켓을 갖는 단일 부재 재료로 구성되는, 전기화학 전지의 제조 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the first positive electrode plate is comprised of a single piece of material having pockets formed therein to support the first flow structure. 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 양극판은 유사한 또는 유사하지 않은 재료들의 두 부재들로 구성되고, 상기 부재들 중 한 부재는 상기 제 1 유동 구조물 주위에 프레임을 형성하고 다른 부재는 일반적인 평탄판(flat plate)인, 전기화학 전지의 제조 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the first cathode plate is composed of two members of similar or dissimilar materials, one of the members forming a frame around the first flow structure and the other member being a general flat plate, Method of manufacturing a chemical cell. 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 양극판은 클래드 재료를 포함하는, 전기화학 전지의 제조 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the first positive electrode plate comprises a clad material. 제 25 항에 있어서,
상기 클래드 재료는 스테인레스강 클래드 알루미늄 재료(stainless steel clad aluminum material)인, 전기화학 전지의 제조 방법.26. The method of claim 25,
Wherein the clad material is a stainless steel clad aluminum material. 제 24 항에 있어서,
상기 일반적인 평탄판은 클래드 재료로 구성되는, 전기화학 전지의 제조 방법.
25. The method of claim 24,
Wherein the general flat plate is made of a clad material.
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